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Il laser è un potente fascio di luce che viene eccitato quando il "raggio" è stimolato da fonti esterne e aumenta di energia. La luce infrarossa e la luce visibile hanno energia termica e la luce ultravioletta ha energia ottica. Quando questo tipo di luce colpisce la superficie del pezzo, si verificano tre fenomeni: riflessione, assorbimento e penetrazione. La funzione principale della perforazione laser è quella di rimuovere rapidamente il materiale del substrato da elaborare. Si basa principalmente sull'ablazione fototermica e sull'ablazione fotochimica, o cosiddetta escissione.
Nella produzione commerciale di PCB, ci sono due tecnologie laser che possono essere utilizzate per la perforazione laser. La lunghezza d'onda del laser CO2 è nella banda infrarossa lontana e la lunghezza d'onda del laser ultravioletto è nella banda ultravioletta. I laser a CO2 sono ampiamente utilizzati nella produzione di micro-vias industriali in circuiti stampati, e il diametro dei micro-vias deve essere superiore a 100μm (Raman, 2001). Per la produzione di questi fori a grande apertura, il laser CO2 ha un'elevata produttività, perché il tempo di punzonatura richiesto al laser CO2 per realizzare i fori di grandi dimensioni è molto breve. La tecnologia laser ultravioletta è ampiamente utilizzata nella produzione di micropori con un diametro inferiore a 100μm. Con l'uso di diagrammi di circuito miniaturizzati, l'apertura può anche essere inferiore a 50μm. La tecnologia laser ultravioletta produce rendimenti molto elevati quando si realizzano fori di diametro inferiore a 80μm. Pertanto, al fine di soddisfare la crescente domanda di produttività dei micro fori, molti produttori di PCB hanno iniziato a introdurre sistemi di perforazione laser a doppia testa.
Di seguito sono riportati i tre principali tipi di sistemi di perforazione laser a doppia testa utilizzati oggi sul mercato:
1) sistema di perforazione ultravioletta a doppia testa;
2) sistema di perforazione laser a doppia testa CO2;
3) Stick sistema di perforazione laser (CO2 e UV).
Tutti questi tipi di sistemi di perforazione hanno i loro vantaggi e svantaggi. I sistemi di perforazione laser possono essere semplicemente suddivisi in due tipi, un sistema a lunghezza d'onda singola dual-bit e un sistema a lunghezza d'onda dual-bit.
Indipendentemente dal tipo, ci sono due parti principali che influenzano la capacità di forare:
1) Energia laser/energia di impulso;
2) Sistema di posizionamento del fascio.
L'energia dell'impulso laser e l'efficienza di trasmissione del fascio determinano il tempo di perforazione. Il tempo di perforazione si riferisce al tempo per la macchina di perforazione laser per forare un micro foro passante e il sistema di posizionamento del fascio determina la velocità di movimento tra i due fori. Questi fattori insieme determinano la velocità della macchina di perforazione laser per realizzare i micro-vias richiesti dai requisiti indicati. Il sistema laser UV a doppia testa è più adatto per la foratura di fori inferiori a 90μm in circuiti integrati e il suo rapporto di aspetto è anche molto alto.
Il sistema laser CO2 a doppia testa utilizza un laser CO2 di eccitazione RF Q-switched. I principali vantaggi di questo sistema sono l'elevata ripetibilità (fino a 100kHz), il breve tempo di perforazione e l'ampia superficie operativa. Ci vogliono solo pochi colpi per perforare un buco cieco, ma la sua qualità di perforazione sarà relativamente bassa.
Il sistema di perforazione laser a doppia testa più comunemente usato è un sistema di perforazione laser ibrido, che consiste di una testa laser ultravioletta e una testa laser CO2. Questo metodo di perforazione laser ibrido ampiamente utilizzato può facilitare la perforazione simultanea di rame e dielettrico. Cioè, il rame viene forato con raggi ultravioletti per generare la dimensione e la forma del foro richiesti e quindi il laser CO 2 viene utilizzato per perforare il dielettrico scoperto. Il processo di perforazione è fatto perforando un blocco 2in X 2in, questo blocco è chiamato dominio.
Il laser CO2 rimuove efficacemente i dielettrici, anche i dielettrici rinforzate con vetro non uniformi. Tuttavia, un singolo laser CO2 non può fare piccoli fori (meno di 75μm) e rimuovere il rame. Ci sono alcune eccezioni, cioè, può rimuovere fogli di rame sottili pre-trattati sotto 5μm (lustino, 2002). Il laser ultravioletto può fare fori molto piccoli e può rimuovere tutte le strade di rame comuni (3-36μm, 1oz, e persino foglio di rame placcato). I laser ultravioletti possono anche rimuovere i materiali dielettrici da soli, ma ad una velocità più lenta. Inoltre, per i materiali non uniformi, come il vetro rinforzato FR-4, l'effetto di solito non è buono. Questo perché il vetro può essere rimosso solo quando la densità di energia è aumentata a un certo livello, che danneggerà anche i cuscinetti interni. Poiché il sistema laser stick include laser ultravioletti e laser CO 2, può ottenere il meglio in entrambi i campi. Il laser ultravioletto può completare tutti i fogli di rame e i piccoli fori, e il laser CO 2 può perforare rapidamente il dielettrico. buco. La figura mostra la struttura del sistema di perforazione laser a doppia testa con distanza di perforazione programmabile. La distanza tra le due punte può essere regolata in base alla disposizione dei componenti, che garantisce la massima capacità di perforazione laser.
Ora, la maggior parte dei sistemi di perforazione laser a doppia testa hanno una distanza fissa tra le due punte e hanno anche una tecnologia di posizionamento del fascio passo-ripetizione. Il vantaggio del telecomando laser step-by-step e repeat è che la gamma di regolazione del dominio è grande (fino a (50 X 50) μm). Lo svantaggio è che il regolatore remoto laser deve muoversi passo dopo passo in un dominio fisso e la distanza tra le due punte è fissa. La distanza tra le due punte di un tipico telecomando laser a doppia testa è fissa (circa 150μm). Per diverse dimensioni dei pannelli, le punte a distanza fissa non possono essere azionate nella migliore configurazione come le punte programmabili.
Al giorno d'oggi, il sistema di perforazione laser a doppia testa ha una varietà di prestazioni con specifiche diverse, che possono essere applicate ai piccoli produttori di circuiti stampati e ai produttori di PCB di grandi volumi.
Poiché l'allumina ceramica ha un'alta costante dielettrica, viene utilizzata per fabbricare circuiti stampati. Tuttavia, a causa della sua fragilità, il processo di perforazione richiesto per il cablaggio e l'assemblaggio è difficile da completare con strumenti standard, perché la pressione meccanica deve essere ridotta al minimo in questo momento, che è una buona cosa per la perforazione laser. Rangel et al. (1997) hanno dimostrato che per substrati di allumina e substrati di allumina rivestiti con oro e ancore, QNd: i laser YAG possono essere utilizzati per la perforazione. L'uso di laser a impulsi brevi, a bassa energia e ad alta potenza aiuta a evitare danni al campione da pressione meccanica e può produrre fori di alta qualità con un diametro inferiore a 100μm. Questa tecnologia è stata applicata con successo in amplificatori a microonde a basso rumore con una gamma di frequenza di 8-18 GHz.
Nd: La tecnologia laser YAG è utilizzata per elaborare fori ciechi e attraverso fori su molti tipi di materiali PCB. Tra questi, il foro via è forato sul laminato rivestito di rame poliimide, il diametro minimo del foro è di 25 micron. Dall'analisi del costo di produzione, il diametro più economico è di 25-125 micron. La velocità di perforazione è 10000 fori/min. Il processo di punzonatura laser diretto può essere utilizzato e l'apertura massima è di 50 micron. La superficie interna del foro formato è pulita e priva di carbonizzazione ed è facile da essere elettroplaccata. Allo stesso modo, tramite fori possono essere forati nel laminato rivestito di rame PTFE, il diametro più piccolo è di 25 micron e il diametro più economico è di 25-125 micron. La velocità di perforazione è 4500 fori/min. Non c'è bisogno di pre-incidere fuori dalla finestra. I fori formati sono molto puliti e non sono richiesti requisiti speciali del processo di elaborazione del PCB.
